一种无线传感器网络多信道的MAC协议

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1、一种无线传感器网络多信道的MAC协议Abstract•目前，大部分无线传感器网络MAC协议都是针对单信道的。然而，单信道MAC协议在更高的带宽限制要求中不足。本文我们提出了一种让DMAC协议支持多信道的方法。信道分配方法基于节点的本地信息。我们的多信道DMAC协议在从源节点到汇聚节点信息采集之前实施信道分配，并使广播变成可能。分析和仿真结果表明这个多信道协议明显减少了时延，但并不增加能耗。1Introductlon•传统的有线网络和大部分的无线传感器网络都基于单信道，单信道引致激烈的竞争，口它不能反映多元的无线传感器网络的特征。只有引入

2、多信道才能改善这种情况。•多信道MAC协议能减少竞争，冲突和由于冲突带来的重发。冃前的收发器都支持多频率。比如uNode,CC2420,MC13192都有不同的信道。所以，多信道、低时延和高能量效率的MAC协议很值得研究。2Relatedworks・现在的WSNMAC协议可以分为三类：基于竞争的方式、基于吋分复用的方式和多信道方式。•MMSN使第一个提出的多信道的无线传感器网络MAC协议，它包括信道分配和媒介接入方而。在信道分配方而MMSN捉供了四种策略。媒介接入方而，它设计了一个可扩展的支持广播的方法。•OzlemDurmazInze

3、l等人提出了一个基于LMAC的多信道策略。它允许节点在需耍时利用新的频率。包含两部分：第一部分，节点根据LMAC方式在单信道中选择时榊；第二部分，节点在第一步中无法选择到时榊，就邀请空闲侦听的邻居节点协商一个新的频率信道和吋槽。•上述的多信道MAC协议并没考虑物理层。如MMSN假设了信道数是无穷的。在媒介接入方面，这些协议基于竞争和时槽，这会在数据采集中导致冲突和时延，和能量浪费。DMACprotocoloverview•在DMAC中，许多源节点和一个汇聚节点的结构构成数据采集树。数据传递过程中路由可能改变，但DMAC假设传感器节点是不

4、移动的，而且到汇聚节点的路由是非常持久稳定的，所以数据采集树在一个合理的时间段屮是维持稳定的。只有一个目标节点，就是汇聚节点。除了汇聚节点之外，其他所有节点都先前传递它接收到的包。•DMAC设计了一个可行的方法，让侦听时间交错，从而实现数据包能持续地从传感器节点流到汇聚点。DMACprotocoloverview•交错侦听调度有四个好处:•1.节点醒来传递数据包到下一跳，睡眠延时可以消除•2.长活动周期的请求可以被传播到汇聚节点，从而多跳的路上的节点可以相应增加他们的工作周期，避免数据滞留•3.因为活动周期是错开的，可以减少竞争•4.只

5、有在多跳路径上的节点才需要增加它们的活动周期，其他的节点可以保持在基本的低工作周期上，节省能量8DMACprotocoloverview•DMAC是针对单信道的传感器网络设计的，不能满足现代无线传感器网络的要求。时延会由于激烈的竞争而增大，同时由于冲突带来的重传会消耗许多能量。•为了保持DMAC的低时延和能耗特征，多信道的支持是必要的。4MultichannelsupportforDMAC4.1Assumptlon•WSN中有三种通信模式：一是邻居节点Z间的数据传递；二是从汇聚节点到源节点的控制包；三是从源节点到汇聚节点的数据。第三种是

6、最主要的。•我们采用DMAC的数据采集树作为研究模型，并加以下前提：•1.每个节点安装了半双工的收发器，不能同时收和发•2.提供16个不重叠频率的信道•3.信道转换带來的时延可以忽略•4.邻居节点之间可以同步•5.为了消除单汇聚节点的瓶颈，协议屮设定了许多汇聚节点4.2Frequencyassignment•ID：每个节点的地址ChlD：物理信道的数目ChList：ChlD和物理频率的关系表•通过使用不同的ChList可以容易控制信道•每个节点广播它的ID两次。第一次广播后，节点可以得到它的全部一跳邻居节点的ID；第二次，节点广播它在第

7、一次广播屮采集到的ID信息。Z后，节点就知道了它两跳内的ID信息,节点就可以开始选择通信信道。•对于源节点,等待它的父节点广播信道使用的信息;对于中间节点和汇聚节点，计算采集到的ID信息赖选择信道，授厉广播这些信道使用信息。节点采集和记录它们的父信道使用信息，如果它们冇数据发送给父节点,它们就在它们父节点使用來接收信息的信道上发送。Algorithm1ChannelIDcomputationInput:NodeA'sID(ID_A),andnodeA'sneighbor'sIDswithincommunicationarea.Outpu

8、t:ThechannelIDChLD(ChlD)ofnodeAgetsassignedSID二0,ChID=0;found=False;foreachnodeBinAscommunicationareado